高溫環(huán)境下的降溫防護(hù)問題在人們的生產(chǎn)和生活中引起了高度重視，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有降溫防護(hù)功能的紡織品在醫(yī)療健康、體育運動、消防安全等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，受到研究者的廣泛關(guān)注。輻射冷卻紡織品無需任何能量輸入即可幫助散發(fā)人體熱量，為個人熱管理提供了有效的方式。
近日，清華大學(xué)與南京大學(xué)研究團(tuán)隊聯(lián)合報道了一種聚甲醛（POM）納米織物，它不僅實現(xiàn)了大氣窗口（8~13μm）的選擇性發(fā)射，而且還顯示了剩余中紅外波段的透射和太陽光（0.3~2.5μm）的反射，可在室外（晴天和陰天條件下）和室內(nèi)（比典型紡織品低 0.5~8.8°C）實現(xiàn)高效的人體輻射冷卻，為下一代智能紡織品的合理設(shè)計引入了新的可能性。
POM的振動吸收和發(fā)射的波長主要分布在大氣窗口（8~13μm）內(nèi)，表明其可作為開發(fā)輻射冷卻紡織品的原料。基于此，研究人員通過靜電紡絲制備了厚度約為260 μm的分層POM納米纖維紡織品，合成的POM納米纖維在0.3~2.5μm波段表現(xiàn)出高達(dá)94.6%的太陽反射率，在0.3~1.5μm太陽主波段平均反射率達(dá)到95.2%。
相比之下，在4~25μm的MIR區(qū)域，POM紡織品表現(xiàn)出6.3%的超低反射率，表明其具有較高的MIR發(fā)射率和透射率，因此是一種理想的非反射紡織品。POM紡織品在8~13μm的大氣窗口內(nèi)表現(xiàn)出75.9%的高選擇性發(fā)射率，在大氣窗口外的平均透射率為70.0%。
而且，POM紡織品在4~25μm整個中紅外區(qū)域的平均透過率達(dá)到48.5%，表明它可以透過人體近一半的輻射能量。這些結(jié)果表明，POM紡織品具有自適應(yīng)輻射冷卻模型的特性，有望提供環(huán)境自適應(yīng)的人體冷卻。
研究人員在我國南京炎熱夏季的三種典型環(huán)境中測試了POM紡織品的全天候輻射人體冷卻性能，包括晴朗的室外、陰天的室外和室內(nèi)環(huán)境。
結(jié)果表明，在室外環(huán)境中（晴天和陰天環(huán)境），POM織物覆蓋的皮膚模擬器在五個樣品（裸露皮膚、棉織物、透射型紡織品、發(fā)射型紡織品、自適應(yīng)型紡織品）中具有最低的表面溫度，對人體表現(xiàn)出最佳的戶外冷卻性能。
除了優(yōu)越的輻射冷卻性能外，POM紡織品還表現(xiàn)多項服用性能指標(biāo)，包括出色的耐磨性能、良好的透氣性、機(jī)械強(qiáng)度、防水性和防潮能力。其具有13.3MPa的高拉伸強(qiáng)度，水接觸角達(dá)到138°，半小時后保持在122°，遠(yuǎn)高于其他三種紡織品。在各種戶外環(huán)境中，POM紡織品的輻射冷卻性能比商用防護(hù)服顯著增強(qiáng)，且具有更好的室內(nèi)冷卻性能，商業(yè)化潛力很高。
相關(guān)研究成果以“An all-weather radiative human body cooling textile”為題發(fā)表在《Nature Sustainability》上。
